铁路给水集中监控系统概述.pdf
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1、收稿日期:!#$!第一作者简介:方永忠($%&!),男,教授,$%#年毕业于同济大学市政工程专业,工学硕士。铁路给水集中监控系统概述方永忠$林雨源!($华东交通大学土建学院江西南昌($(;!柳州铁路局南宁水电段广西柳州)()摘要介绍铁路给水集中监控系统的基本概念、特点、组成与各组成部分的功能,建设给水集中监控系统的必要性与意义,同时介绍给水集中监控系统的发展方向。关键词铁路给水集中监控组成功能!给水集中监控的概念给水集中监控包括两个层面:第一个层面是给水系统各部分状态的连续(在线)检测与自动控制;第二个层面是给水系统的网络化与信息化。具体而言,就是采用传感检测、计算机、控制和网络通讯等技术,将
2、给水系统各部分的状态信息集中到指定地点,实现集中监视;同时,从该地点可以发出指令,改变或调节给水系统各部分的工作状况。集中监控系统有以下多种含义:($)*+,-,(*./01234516+578159:7;-:8:,.80;+578159*6480?)即集散型控制系统;(()四遥(遥测 090?080137A、遥控 090578159、遥信090437A:9、遥调 090:;B.4837A)系统;(C)计算机集中控制系统。集中监控系统具有两大主要功能:集中监视(+57D.80;+57D8159)功能。集中监控系统依托的 C 项基础技术(简称(+E*技术):计算机技术(+5?/.801 0F75
3、95A6);通讯技术(+5?.73:8357 0F7595A6);控制技术(+578159 0F7595DA6)和传感技术(*07451 0F7595A6)。给水集中监控系统通常分为两类子系统:水厂自动化系统和管网计算机调度系统。给水集中监控系统的特点($)实时性:实时检测,实时监视,实时记录,实时曲线,实时控制,实时调节,实时报警,实时诊断,实时故障处理,实时软件升级等。(!)分散性:任务分散,功能分散,控制分散,风险分散等。(()集中性:集中监视,集中信息,集中管理,集中控制,集中决策,集中优化等。(C)开放性:硬件兼容与互换、软件在线组态、参数易修改、互操作、控制地点转移等。())扩展性
4、:网络可扩展性、硬件可扩展性、软件升级等。(&)数字化:检测信号数字化、控制信号数字化、控制设备数字化等。(G)网络化:设备网络化、控制网络化、管理网络化、信息网络化等。(#)智能化:检测仪表智能化、控制智能化、执行设备智能化等。#给水集中监控的必要性($)通过给水集中监控提高供水质量。如通过水厂自动化系统保证水处理质量达到国家标准,通过管网计算机调度系统保证供水压力等。(!)通过给水集中监控保障供水安全。如发现事故隐患及时消除,保证人身和设备安全,保证水质和水压安全等。(()通过给水集中监控提高供水效益。如降低电耗、药耗与水耗,减少生产人员,减少设备故障和停水造成的损失,以降低供水成本。(C
5、)有利于提高企业的现代化管理水平。给水集中监控系统可及时、准确地提供给水系统的运行情况,有助于企业领导随时全面掌握情况,科学决策,避免生产指挥上的盲目性,为企业领导合理地调整企业生产管理机构,加强科学管理,提高现代化管理水平打下基础。())为企业发展打下基础。给水集中监控系统还可积累大量的给水设施及管网的运行信息,结合其他信息处理技术,逐步建立事故预测、处理预案和辅助决!铁道标准设计!#$%&()*!*+#,)-.-(/.)给水自动化 万方数据策子系统,亦可通过运行找出规律,当条件具备时实现最优化调度。大量数据的积累,可为供水设施的合理规划与优化改造提供可靠的科学依据。总之,给水集中监控系统为
6、给水企业实现“两个提高,三个降低”(即提高水质、提高供水安全性和降低能耗、降低水耗、降低药耗)、提高自身管理水平和服务质量提供了重要的技术保障。通过集中监控系统,给水企业还可以结合预测、统计、建立数学模型等方式,根据所定经济指标、工艺技术指标及生产、需求的实际情况,通过优化控制反馈,完成对取水、净水、输配水各个环节的合理调配,实现优化控制,以取得最大的经济效益和社会效益。!集中监控系统的组成集中监控系统不但具有工业过程自动化的功能,也具有管理信息化的功能,而且向着决策智能化方向发展。现代集中监控系统一般采用多层次体系结构,一般可以分!个#个层次,如图$所示。图 集中监控系统体系结构图($)设备
7、层:包括传感检测仪表、控制执行设备和人机接口等。设备层的设备安装于工业现场,直接与生产设备和操作工人相联系,是生产状态与数据的直接感知者,是控制调节的最终实施者,还负责现场指示、显示与操作。在集中监控或自动化系统中,设备层也在逐步走向智能化和网络化。所谓智能化,即传感检测仪表具备自动诊断、自动校正等功能,执行设备具有自动跟踪、自动调节等功能。所谓网络化,即设备层的设备均带有数字化与联网功能,它们与控制层采用数字化网络联接。(%)控制层:实现工业过程的控制。控制层向下与设备层联接,接受设备层提供的工业过程状态信息,向设备层给出过程控制指令,控制层与设备层即可组成自动化系统。对于具有一定规模的集中
8、监控系统,控制层往往设有多个控制站(又称控制器),控制站之间联成控制网络,可以实现数据交换。控制层设备有多种类型,如可编程序控制器(&()、工控制计算机()&()、远方终端(*+,)、智能调节器、单片机控制器等,它们有各自的特点和实用领域。控制层是集中监控系统可靠性的主要保证者,每个控制站应做到可以独立运行,至少可以保证生产过程不中断。(!)管理层:实现监控系统的监视与控制决策。管理层往往是由多台电脑(微机或工作站)联成的局域网组成,一般分为监控站、维护站(工程师站)、决策站、数据站(服务器)等。其中监控站向下联接多个控制站,且管理层各站可以通过局域网透明地使用各监控站的数据与画面;维护站可以
9、实时地修改各监控站及控制层的数据与程序;决策站可以实现和监控站的整体优化和宏观决策(如调度指令、领导指示)等;数据站与-./服务器(信息层)可以共用$台计算机,也可以设专用-./服务器。(#)信息层:提供全球范围监控信息服务。信息层一般以广域网(或国际互联网)作为信息载体,使得一个集中监控系统的所有信息可以发布到全世界任何地方,也可以从全世界任何地方进行远程监控与维护。也可以说,全球信息系统、控制系统可以联成一个网。每个集中监控系统需要$台-./服务器(计算机),将本系统信息发布到互联网。上述为一般监控系统组成情况,这是一种典型的0(1(分布式控制系统)与)+(信息系统)相结合的组成方式。如采
10、用 2(1(现场总线系统)技术,则设备层与控制层可以合并为一个层。如不需要将系统信息发布到互联网,信息层也是可以省略的。#给水集中监控系统组成给水系统一般由取水系统、水处理系统和输配水系统(即管网系统)组成。取水系统、水处理系统和输配水系统的送水泵站在位置上比较集中,组成给水厂(站)进行统一管理,对于较大型的给水系统而言,往往设有多座给水厂。结合给水系统的组成特点,给水集中监控系统相应地分为两类子系统,即水厂集中监控系统和管网集中监控系统,如图%所示。水厂集中监控系统水厂集中监控系统管网集中监控系统给水系统调度中心图$给水集中监控系统组成各子系统与调度中心可以采用有线通信或无线通信。有线通信可
11、以采用局域网(34)、广域网(-34)或互联网()4+5*45+)等方式,无线通信则多采用宽带通信方式,以满足大量和快速数据传输的需要。由于!铁道标准设计!#$%&()*!*+#,)-.-(/.)给水自动化 万方数据互联网技术和应用的迅速普及,各类信息系统(包括集中监控系统的信息层)通过互联网进行通信将成为主流,因为其具有以下优点。(!)宽带:通信速度快,数据交换量大。()标准:标准的通信协议,标准的硬件配置,标准的应用软件。(#)普及:地域覆盖全球所有国家和地区,应用涉及各行各业,使用者涵盖各类人群。($)可靠:高可靠光缆通讯,多选择性和智能性路由,高冗余设备保障,通信几乎是不中断的。(%)
12、低价:建设费用低,使用费用低。目前,使用互联网的主要缺点是安全性稍差一些;但是,随着数据加密技术、防火墙技术等的提高和监督管理的加强,安全性问题是可以彻底解决的。!水厂集中监控系统的组成与功能水厂一般设中心控制室,集中监控全厂各控制站并与调度中心联网。水厂一般包含以下控制站。(!)取水控制站根据清水池的水位控制取水泵站(一级泵站)各机组的启停。若能对取水泵进行调速控制,可以使得清水池水位更稳定,清水池设计容积也可以减小。()投药控制站投药控制站的控制任务有 项:絮凝剂与助凝剂溶液的制备;絮凝剂与助凝剂投加量的控制。因此,有时也分为 个控制站。絮凝剂与助凝剂溶液制备的控制主要是固体药剂溶解过程控
13、制和溶液浓度控制;絮凝剂与助凝剂投加量的控制是以待滤水水质保证和节约药剂为目标的控制。由于絮凝剂与助凝剂的投加量与原水水质、流量、制水工艺、药剂效能等很多因素相关,且投药后的效果不能立即检测到,所以,絮凝剂与助凝剂投加量的控制目前仍然是一个难题。然而,絮凝剂与助凝剂投加量的控制直接影响水质(即给水系统产品的质量),也决定着水厂最大成本之一的药剂费用,所以,这一控制问题必须认真研究、解决好和应用好。目前,采用流动电流检测(&()和智能控制技术实现絮凝剂与助凝剂投加量的控制是比较有前途的方向。(#)排泥控制站该控制站主要控制反应池、沉淀池、澄清池等的排泥,保证它们的工艺生产条件。排泥控制一般采用#
14、种方式之一:定时控制、泥量预估控制和泥量检测控制。($)过滤控制站过滤控制的主要目标是在保证出水质量的前提下,尽量发挥滤料的工作能力,减少反洗或清洗水量(气量)的消耗,另外还要进行滤池反洗过程中的顺序控制。因为滤池是水质净化的保证环节,也是提高出厂水质的关键环节,在我国生活饮用水质量标准上新台阶后,过滤的控制变得更为重要了。(%)消毒控制站消毒控制站主要控制消毒剂投加量以保证消毒效果。由于目前对消毒效果无法直接快速检测,所以多数情况下采用流量比例控制,或以水中消毒剂作用后的余量作为控制目标。())送水控制站送水控制站是另一个非常重要的控制站,因为它不但决定给水系统第一大成本 电耗,而且也决定着
15、给水系统用户的供水压力要求能否满足。该站与管网集中监控系统关系密切,虽然在物理位置上与水厂集中监控系统靠近,但常接受管网集中监控系统(调度中心)的调度。送水控制站除了控制水泵机组的启停外,更重要的是控制水泵机组调速,以实现更快速、更精确的压力保证和最大限度地节能。(*)配电控制站配电控制站主要监控水厂配电站内高低压开关柜、主变、厂变等配电系统的有关数据和状态。(+)排水控制站控制水厂自用水排除与回用等,是一个简单的控制站。目前,水厂各控制站一般采用,-作为控制器,在不久的将来,现场总线控制将成为水厂集中监控的新模式。管网集中监控系统组成与功能由于给水管网是大规模非线性系统,其建模、水力分析、优
16、化调度等的研究仍在不断深入,计算机信息技术和控制技术的应用是提高管网供水质量、保证率和节约成本的必然途径。管网集中监控必须做好基础工作,即建立./&系统(即地理信息系统)。由于管网系统是不断改造和扩展的,所以必须建立以数据库为支撑的./&系统和动态模型。管网集中监控的另一个重要工作就是建立压力、流量和水质监测点。由于管网分布范围广,所以它们的采集信号一般以无线通讯方式集中到监控中心(或调度中心)。管网集中监控系统一般由给水管网./&系统、数!铁道标准设计!#$%&()*!*+#,)-.-(/.)给水自动化 万方数据据库管理系统、生产调度系统和社会服务系统等组成,如图!所示。给水管网#$系统数
17、据 库管理系统生产调度系统社会服务系统给水管网监控中心图!管网集中监控系统组成(%)给水管网#$系统功能#$是管网集中监控系统的核心功能,具有以下功能子系统,它们分别是:基础平台的图库管理子系统、管网编辑子系统、管网管理子系统、事故处理子系统、管网维护管理子系统等,通常每个子系统均可由数个模块组成。它们分别提供以下功能:!对点、线、区!种图元的空间数据和图形属性进行输入和编辑,以实现地形图建库、图库管理和数据转换;提供丰富有力的网络输入手段,构造网络拓扑关系,建立与管网元素相关的属性数据和提供管网图形属性编辑工具;#对管网信息进行全面分析,提供属性与管线的双向查询工具,检索各种需要的数据和信息
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